27Klimaten van het verleden lezen

Op Dome C, $3233\,\mathrm{m}$ hoog op de Oost-Antarctische ijskap, is de lucht over het jaar gemiddeld ongeveer $-55{}^{\circ}\mathrm{C}$. Een boor die daar werkte, stopte op een diepte van $3260\,\mathrm{m}$, ongeveer $15\,\mathrm{m}$ boven het gesteente onder het ijs. Het diepste ijs dat ze bovenbracht, bevat kleine luchtbelletjes van zo’n $800\,000$ jaar oud: een monster van de atmosfeer van lang vóór de eerste boeren. Dit hoofdstuk leest het klimaat van het verleden in het ijs, in de modder van meren en van de oceaanbodem, en in de gesteenten, en vraagt wat het zegt over vandaag.

Wat je al weet

Een gletsjer is een massa ijs die van jaar tot jaar blijft bestaan en onder haar eigen gewicht stroomt; een ijskap bedekt een groot deel van een continent; een ijstijd is een lange koude tijd waarin ijskappen zich ver buiten de polen uitbreiden (Boek 1, jaar 8). In de ijskernen van Antarctica legt de sneeuw de luchttemperatuur vast en bewaren de belletjes de lucht zelf, en de twee archieven stijgen en dalen samen (Boek 1, jaar 9). Atomen van één element kunnen verschillen in hun aantal neutronen: deze isotopen gedragen zich scheikundig gelijk maar verschillen in massa (de natuurkundeboeken). Koolstofdioxide is een broeikasgas (de scheikundeboeken). Het Kwartair begon 2.58 miljoen jaar geleden (Boek 1, jaar 7).

27.1 Archieven en proxy’s

Niemand mat de temperatuur van de lucht $20\,000$ jaar geleden. Maar de Aarde hield onbedoeld archieven bij: lagen ijs en modder, schelpen en boomstammen, die elk veranderden met het klimaat waarin ze ontstonden.

Definitie 27.1 (Klimaatarchief; proxy)

Een klimaatarchief is een natuurlijk materiaal dat in lagen, de ene na de andere, is afgezet en een spoor bewaart van het klimaat van de tijd waarin het ontstond: polair ijs, de sedimenten van meren en van de oceaanbodem, de jaarringen van bomen, koralen, grotafzettingen. Een proxy is een grootheid gemeten in een archief die in de plaats komt van een klimaatvariabele die niet werd gemeten: het aandeel zware isotopen in oude sneeuw voor de luchttemperatuur, het aandeel van elk soort pollen in meermodder voor de begroeiing en zo voor het klimaat.

archief	proxy	vertelt over
polair ijs	zware isotopen van het ijs	luchttemperatuur boven het ijs
	lucht in de belletjes	koolstofdioxide, methaan
meersedimenten, veen	pollen	begroeiing, dan klimaat
oceaansedimenten	zuurstofisotopen van schelpen	ijsvolume, temperatuur van diep water
jaarringen	ringbreedte	groeiomstandigheden, jaar na jaar
koralen, grotafzettingen	isotopen, groeibanden	zee- of luchttemperatuur, regen

Elke proxy heeft twee dingen nodig voordat hij kan worden gelezen. Hij heeft een klok nodig: de ouderdom van elke laag, door jaarlagen te tellen waar ze te zien zijn, door radiometrische datering (Hoofdstuk 25), of door het archief te koppelen aan een ander dat al is gedateerd. En hij heeft een ijking nodig: het verband tussen wat wordt gemeten en de klimaatvariabele, vandaag bepaald, waar beide samen kunnen worden gemeten.

Methode 27.2 (Een proxyreeks lezen)

1. Zoek het archief en de proxy: wat werd gemeten, en waarin?
2. Zoek in welke richting de tijd op de as loopt, en in welke eenheid; controleer of de as van de proxy omgekeerd is.
3. Vertaal de proxy: betekent een hogere waarde warmer of kouder, meer ijs of minder?
4. Let op de afstand tussen de monsters: een reeks waarvan de punten $2000$ jaar uit elkaar liggen, kan geen verandering tonen die een eeuw duurde.
5. Lees de waarden af op de gevraagde data, of de gemiddelden over een tijdvak, en bereken veranderingen en snelheden.
6. Zeg wat de reeks op haar plaats toont, en pas daarna of ze voor de hele Aarde spreekt.

27.2 IJskernen

Definitie 27.3 (IJskern)

Een ijskern is een cilinder van ijs die uit een ijskap of een gletsjer is geboord. Zijn diepte geeft de ouderdom van het ijs, hoe dieper hoe ouder; het ijs legt de temperatuur vast van de lucht waarin zijn sneeuw viel, en zijn belletjes bewaren monsters van de lucht van toen.

Verse sneeuw is grotendeels lucht. Begraven onder de sneeuw van de volgende jaren, wordt ze samengeperst tot firn, een samengedrukte sneeuw waarvan de poriën nog lucht doorlaten. Bij een dichtheid van ongeveer 820 tot $830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, bereikt op 50 tot $120\,\mathrm{m}$ diepte, sluiten de poriën en wordt de lucht in belletjes opgesloten. Het ijs bewaart dus twee verschillende archieven. De lucht in de belletjes is een monster van de atmosfeer, waarvan het koolstofdioxide en het methaan in het laboratorium worden gemeten. Het ijs zelf bewaart de temperatuur: watermoleculen met een zware isotoop (deuterium of zuurstof-18) condenseren gemakkelijker dan de lichte, dus hoe kouder de lucht op weg naar de pool, hoe armer de sneeuw wordt aan zware isotopen.

Het deuterium van de kern van Dome C is omgezet in een temperatuur boven het ijs, gegeven als een verandering ten opzichte van het gemiddelde van de laatste duizend jaar. Het koolstofdioxide komt uit de belletjes van verscheidene Antarctische kernen, samengevoegd tot één reeks. Beide staan hieronder op één tijdas.

De twee krommen delen één patroon: een trage, grillige glijpartij naar de kou over tienduizenden jaren, dan een snelle klim terug naar de warmte, en dan weer de glijpartij.

Definitie 27.4 (Glaciaal; interglaciaal; glaciale cyclus)

Een glaciaal is een koud tijdvak binnen een ijstijd, waarin de ijskappen ver boven hun huidige omvang uitgroeien. Een interglaciaal is een warm tijdvak tussen twee glacialen, met ijskappen ongeveer zoals vandaag of kleiner; we leven in een interglaciaal, dat ongeveer $11\,000$ jaar geleden begon. Een glaciale cyclus is één glaciaal met het interglaciaal dat het afsluit.

Over de hele reeks loopt de temperatuur op Dome C van $-10.6{}^{\circ}\mathrm{C}$, ongeveer $24\,000$ jaar geleden, tot $+5.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, ongeveer $129\,000$ jaar geleden; het koolstofdioxide van $174\,\mathrm{ppm}$ tot $299\,\mathrm{ppm}$. De figuur, gemiddeld over $2000$ jaar, vlakt deze uitersten wat af. Wie de warme pieken telt, vindt acht of negen glaciale cycli, en het sterkste ritme van de temperatuurreeks, berekend uit haar gegevens, heeft een periode van ongeveer $98\,000$ jaar.

Propositie 27.5 (Temperatuur en koolstofdioxide variëren samen)

Over de laatste $800\,000$ jaar varieerden de Antarctische temperatuur en het koolstofdioxide van de lucht samen. Wie elk van de 1639 koolstofdioxidemetingen ouder dan $2000$ jaar koppelt aan de temperatuur op Dome C van dezelfde ouderdom, vindt een correlatiecoëfficiënt $r = 0.92$, en de kleinstekwadratenlijn

$$\mathrm{CO_2} \approx 267\,\mathrm{ppm} + 7.8\,\mathrm{ppm}/{}^{\circ}\mathrm{C} \times \Delta T ,$$

waarbij $\Delta T$ de temperatuurverandering op Dome C is.

Een correlatie zegt niet wat eerst veranderde, en ook niet of een derde oorzaak beide bewoog: de coëfficiënt zou dezelfde zijn als de temperatuur het koolstofdioxide stuurde, als het koolstofdioxide de temperatuur stuurde, of als elk het andere aanduwde. Wat het ritme van ongeveer $100\,000$ jaar bepaalt, wordt verteld in de paragraaf over de oceaan hieronder, en hoe koolstofdioxide op de temperatuur inwerkt, in Hoofdstuk 28.

27.2.1 Het Laatste Glaciale Maximum

Definitie 27.6 (Laatste Glaciale Maximum)

Het Laatste Glaciale Maximum is de tijd, ongeveer $23\,000$ tot $19\,000$ jaar geleden, waarin de ijskappen van het laatste glaciaal hun grootste omvang hadden.

Tijdens het Laatste Glaciale Maximum bedekten ijskappen een groot deel van Noord-Amerika en van noordwestelijk Eurazië, en was het klimaat droger en stoffiger dan vandaag. De evaluaties schatten dat de mondiale oppervlaktetemperatuur $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ tot $7{}^{\circ}\mathrm{C}$ lager was dan in 1850–1900 (gemiddelde mate van vertrouwen), met het koolstofdioxide op 188 tot $194\,\mathrm{ppm}$. Het water dat in de ijskappen was opgesloten, kwam uit de oceaan: de mondiale gemiddelde zeespiegel stond 125 tot $134\,\mathrm{m}$ lager dan vandaag.

Een lagere zee legt de ondiepe bodem rond de continenten bloot. De kaart hieronder verlaagt de zee met $130\,\mathrm{m}$, het midden van dat bereik, boven de bodem van Zuidoost-Azië zoals hij vandaag is.

Borneo, Sumatra en Java worden één land met het Maleisisch Schiereiland en Indochina: het Soendaplat, vandaag onder een ondiepe zee, was droog land. Op de kaart is een daling van maar ongeveer $36\,\mathrm{m}$ genoeg om Borneo met Azië te verbinden, en Sumatra en Java worden er nog eerder mee verbonden. Op de kaart groeit het land boven de zee van 4.11 tot 7.16 miljoen vierkante kilometer, 1.74 keer zoveel. Over de hele Aarde verhoogt dezelfde daling van $130\,\mathrm{m}$ het aandeel van het oppervlak boven de zee van $29.0\,\%$ tot $33.5\,\%$, ongeveer 23 miljoen vierkante kilometer nieuw land.

Voorbeeld 27.7 (De laatste deglaciatie)

De opwarming die op het Laatste Glaciale Maximum volgde, heet de laatste deglaciale overgang; de evaluaties plaatsen haar tussen ongeveer $18\,000$ en $11\,000$ jaar geleden. In de reeks van Dome C is de gemiddelde temperatuur van het Laatste Glaciale Maximum ($23\,000$ tot $19\,000$ jaar geleden) $-9.4{}^{\circ}\mathrm{C}$; het gemiddelde van het volgende tijdvak, $11\,000$ tot $9000$ jaar geleden, is $-0.4{}^{\circ}\mathrm{C}$. De lucht boven Antarctica warmde op met $9.0{}^{\circ}\mathrm{C}$, terwijl haar koolstofdioxide steeg van $190\,\mathrm{ppm}$ tot $264\,\mathrm{ppm}$, met $74\,\mathrm{ppm}$. Over de hele Aarde was de opwarming gelijk aan de geschatte afkoeling van 5 tot $7{}^{\circ}\mathrm{C}$, ongeveer $6{}^{\circ}\mathrm{C}$, gespreid over de $7000$ jaar van de overgang:

$$\frac{6{}^{\circ}\mathrm{C}}{7000\ \text{jaar}} \approx 0.86{}^{\circ}\mathrm{C} \text{ per duizend jaar.}$$

De zeespiegel steeg intussen van ongeveer $-120\,\mathrm{m}$ tot $-50\,\mathrm{m}$, gemiddeld ongeveer $10\,\mathrm{mm}$ per jaar.

27.3 Pollen

Elke lente geven planten wolken pollen af. Het meeste gaat verloren, maar een deel valt op meren en venen, zinkt en wordt in de modder begraven, waar het een archief bewaart van de begroeiing die eromheen groeide. En de korrels van elke soort plant hebben hun eigen vorm en grootte.

Definitie 27.8 (Pollenanalyse)

Pollenanalyse is het aflezen van de vroegere begroeiing uit het pollen dat in sedimenten bewaard is: in elke laag van een kern worden de korrels gedetermineerd en geteld, en het aandeel van elke plantensoort, in procent van de getelde korrels, wordt tegen de diepte uitgezet in een pollendiagram.

Het tellen van pollen op deze manier begon met de Zweedse geoloog Lennart von Post, die in 1916 het eerste moderne pollendiagram met getallen voorstelde; zo’n diagram toont de diepte naar beneden op de bladzijde en één kromme voor elke plantensoort. De begroeiing spreekt op haar beurt over het klimaat: grassen en andere kruiden met bijna geen bomen betekenen een open, koud landschap, terwijl eik en hazelaar warme zomers nodig hebben.

Methode 27.9 (Een pollendiagram lezen)

1. Lees de verticale as: diepte, de oudste lagen onderaan; zet diepten om in ouderdommen met de dateringen van de kern.
2. Zoek voor elke laag de planten met de grootste aandelen.
3. Verdeel de kern in zones, elk met haar eigen groep overheersende planten; leg de grenzen waar de krommen het snelst veranderen.
4. Benoem de begroeiing van elke zone (open kruiden, berkenbos, dennenbos, loofbos) en het klimaat dat ze nodig heeft.
5. Lees de zones van onder naar boven als een geschiedenis van het landschap.

In het diagram hierboven is zone 1 een landschap van kruiden, met enkele berken: het open, koude land dat het ijs achterliet. In zone 2 breidt eerst de berk zich uit, een geharde boom; de den volgt in zone 3; en in zone 4 nemen hazelaar en eik, die warme zomers nodig hebben, het over. Van onder naar boven gelezen vertelt de kern het einde van het glaciaal en de komst van de warmte van het interglaciaal, terwijl het bos het land weer innam.

27.4 Oceaansedimenten en het astronomische ritme

Op de bodem van de open oceaan stapelt modder zich langzaam en zonder onderbreking op, laag na laag, miljoenen jaren lang. Ze zit vol schelpjes van foraminiferen: eencellige organismen waarvan de schaal, een fractie van een millimeter groot, vaak uit calciet bestaat. Sommige zweven dicht bij het oppervlak; andere leven op de zeebodem.

De zuurstof van een schelp komt uit het zeewater. Water met de lichte isotoop zuurstof-16 verdampt gemakkelijker, en de sneeuw die de ijskappen opbouwt, is daarom arm aan zuurstof-18. Wanneer de ijskappen groeien, slaan ze dit lichte water op, en de oceaan die achterblijft, wordt rijker aan zuurstof-18; dat geldt ook voor de schelpen die erin groeien, en des te meer naarmate het water kouder is. Het aandeel zuurstof-18 in de schelpen van de foraminiferen van de zeebodem, geschreven $\delta^{18}\mathrm{O}$ en gegeven in promille, is dus een proxy voor het volume ijs op het land en voor de temperatuur van de diepe oceaan: hoe hoger het is, hoe meer ijs en hoe kouder het water.

De reeks hieronder, LR04 genoemd, stapelt de metingen van 57 kernen uit alle oceanen tot één kromme van 5.3 miljoen jaar.

Gelezen met de methode hierboven zegt de reeks drie dingen.

• De Aarde is afgekoeld en haar ijs is gegroeid. De gemiddelde waarde stijgt van $3.03\,\text{‰}$ tussen 5.3 en 3 miljoen jaar geleden tot $4.15\,\text{‰}$ over het laatste miljoen jaar.
• De schommelingen zijn groter geworden. Glaciale en interglaciale tijden wisselen elkaar over de hele reeks af, maar ze schommelen steeds wijder: tijdens het Laatste Glaciale Maximum was de waarde $4.92\,\text{‰}$, tegen $3.23\,\text{‰}$ vandaag.
• Het ritme is veranderd. Tussen 2.6 en 1.3 miljoen jaar geleden is de sterkste periode van de reeks, berekend uit haar gegevens, $41\,000$ jaar; over de laatste $700\,000$ jaar is ze ongeveer $98\,000$ jaar, het ritme van de ijskernen. De verandering vond plaats tussen ongeveer 1.25 en 0.7 miljoen jaar geleden.

Deze perioden zijn geen toeval. In 1976 vonden James Hays, John Imbrie en Nicholas Shackleton in de sedimenten van de zuidelijke oceanen drie ritmes, van $23\,000$, $42\,000$ en ongeveer $100\,000$ jaar, die de perioden zijn van trage veranderingen in de baan en de as van de Aarde: de precessie van de as, de helling van de as (ongeveer $41\,000$ jaar) en de vorm van de baan (ongeveer $100\,000$ jaar). Deze veranderingen verschuiven het zonlicht dat elke breedte in elk seizoen ontvangt, en ze bepalen het tempo van de glaciale cycli. Hoe ze dat doen, en waarom het trage ritme van $100\,000$ jaar de overhand kreeg, is de stof van een universitaire cursus.

Cijfers van 2025

In januari 2025 maakte het project Beyond EPICA bekend dat een kern die geboord is op Little Dome C, ongeveer $35\,\mathrm{km}$ van het Concordiastation op Dome C, in zijn bovenste $2480\,\mathrm{m}$ een ononderbroken archief bevat tot ongeveer 1.2 miljoen jaar terug. Ze bestrijkt de tijd waarin het glaciale ritme veranderde van $41\,000$ naar $100\,000$ jaar, en het ijs en zijn lucht worden geanalyseerd.

27.5 Klimaten van de diepe tijd

Verder terug dan de ijskernen worden de klimaten van het verleden gelezen uit sedimenten, fossiele bladeren en bodems, en isotopen. Het IPCC heeft enkele goed bestudeerde referentieperioden gekozen, waarvan de klimaten helpen om de veranderingen van vandaag en morgen te beoordelen. De grafiek hieronder geeft hun mondiale oppervlaktetemperatuur, ten opzichte van 1850–1900.

periode	temperatuur (${}^{\circ}\mathrm{C}$)	koolstofdioxide (ppm)	zeespiegel (m)
PETM, 56 Ma	$+10$ tot $+25$	ongeveer 900, oplopend tot 2000	—
EECO, 53–49 Ma	$+10$ tot $+18$	1150 tot 2500	$+70$ tot $+76$
MPWP, 3.3–3.0 Ma	$+2.5$ tot $+4.0$	360 tot 420	$+5$ tot $+25$
LIG, 129–116 ka	$+0.5$ tot $+1.5$	266 tot 282	$+5$ tot $+10$
LGM, 23–19 ka	$-7$ tot $-5$	188 tot 194	$-134$ tot $-125$
MH, 6.5–5.5 ka	$+0.2$ tot $+1.0$	260 tot 268	$-3.5$ tot $+0.5$

Het Paleoceen-Eoceen Thermisch Maximum was een plotse opwarming, toen een grote puls koolstof de oceaan en de lucht bereikte: de oceaan werd zuurder en armer aan zuurstof, en veel diepzeesoorten stierven uit. In het klimaatoptimum van het Vroeg-Eoceen bleef het koolstofdioxide miljoenen jaren boven $1000\,\mathrm{ppm}$, er was geen polair ijs, en bossen die bijna tropisch waren, groeiden op $70{}^{\circ}$ ZB. De warme periode van het midden-Plioceen is de laatste keer dat het koolstofdioxide dicht bij dat van vandaag lag: het noordpoolgebied was veel warmer dan nu, en de zee stond hoger. In het laatste interglaciaal waren de ijskappen van Groenland en West-Antarctica kleiner en de zee hoger dan vandaag, en leefden er nijlpaarden in Groot-Brittannië.

Deze archieven plaatsen vandaag in perspectief, en het IPCC maakt de vergelijking zelf. In 2019 was het koolstofdioxide van de lucht hoger dan op enig moment in minstens twee miljoen jaar (hoge mate van vertrouwen), en de stijgingen van koolstofdioxide en methaan sinds 1750 overtreffen ver de natuurlijke veranderingen tussen glacialen en interglacialen over minstens $800\,000$ jaar (zeer hoge mate van vertrouwen). De mondiale oppervlaktetemperatuur is sinds 1970 sneller gestegen dan in enige andere periode van 50 jaar over minstens de laatste $2000$ jaar (hoge mate van vertrouwen). Het decennium 2011–2020 was warmer dan de warmste eeuwen van het huidige interglaciaal, ongeveer $6500$ jaar geleden, en lag dicht bij de warmte van het laatste interglaciaal, ongeveer $125\,000$ jaar geleden (gemiddelde mate van vertrouwen).

Ook de snelheid van de verandering kan worden vergeleken. Van 1970 tot 2025 is de trend van de mondiale temperatuurreeks $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per decennium, of ongeveer $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per duizend jaar als ze zo zou aanhouden; de opwarming uit het laatste glaciaal bedroeg gemiddeld ongeveer $0.86{}^{\circ}\mathrm{C}$ per duizend jaar. De oorzaken van de huidige verandering, en wat ze kan worden, zijn het onderwerp van Hoofdstuk 28.

27.6 Oefeningen

Oefening 27.1 ★

Geef de term: (a) een grootheid gemeten in een archief die in de plaats komt van een niet-gemeten klimaatvariabele; (b) een cilinder van ijs die uit een ijskap is geboord; (c) een warm tijdvak tussen twee glacialen; (d) het aflezen van de vroegere begroeiing uit fossiel pollen; (e) de tijd, ongeveer $23\,000$ tot $19\,000$ jaar geleden, waarin de laatste ijskappen het grootst waren.

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.1.

(a) een proxy; (b) een ijskern; (c) een interglaciaal; (d) pollenanalyse; (e) het Laatste Glaciale Maximum.

Oefening 27.2 ★

Noem voor elke proxy zijn archief en waarover hij vertelt: (a) de lucht in belletjes; (b) het aandeel eikenpollen; (c) het zuurstof-18 van de schelpjes van foraminiferen van de zeebodem; (d) de breedte van jaarringen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.2.

(a) Polair ijs: het koolstofdioxide en het methaan van de lucht van toen. (b) Meersedimenten of veen: de begroeiing, hier bomen die warme zomers nodig hebben. (c) Oceaansedimenten: het volume ijs op het land en de temperatuur van de diepe oceaan. (d) Bomen: de groeiomstandigheden, jaar na jaar.

Oefening 27.3 ★

Tijdens de laatste deglaciale overgang, van ongeveer $18\,000$ tot $11\,000$ jaar geleden, steeg de zeespiegel van ongeveer $-120\,\mathrm{m}$ tot $-50\,\mathrm{m}$. (a) Bereken de gemiddelde stijgsnelheid, in millimeter per jaar. (b) Van 2006 tot 2018 steeg de zeespiegel met $3.7\,\mathrm{mm}$ per jaar. Vergelijk.

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.3.

(a) $-50 - (-120) = 70\,\mathrm{m}$ in $7000$ jaar: $70\,000\,\mathrm{mm}/7000 = 10\,\mathrm{mm}$ per jaar. (b) $10/3.7 \approx 2.7$: de gemiddelde stijging van de deglaciatie was ongeveer 2.7 keer sneller dan die van 2006–2018.

Oefening 27.4 ★

De mondiale temperatuur steeg met $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per decennium van 1970 tot 2025. Druk deze snelheid uit per eeuw en per duizend jaar.

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.4.

Een eeuw is tien decennia: $2.0{}^{\circ}\mathrm{C}$ per eeuw. Duizend jaar is honderd decennia: $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per duizend jaar.

Oefening 27.5 ★

Hays, Imbrie en Shackleton vonden drie ritmes in oceaansedimenten: $23\,000$, $42\,000$ en ongeveer $100\,000$ jaar. (a) Koppel elk aan de precessie van de as, de helling van de as en de vorm van de baan. (b) Hoeveel cycli van $41\,000$ jaar passen er in $1\,000\,000$ jaar? Hoeveel cycli van $100\,000$ jaar?

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.5.

(a) $23\,000$ jaar: de precessie van de as; $42\,000$ jaar: de helling van de as; ongeveer $100\,000$ jaar: de vorm van de baan. (b) $1\,000\,000/41\,000 \approx 24$ cycli; $1\,000\,000/100\,000 = 10$ cycli.

Oefening 27.6 ★★

De kleinstekwadratenlijn van het hoofdstuk is $\mathrm{CO_2} \approx 266.6 + 7.83\,\Delta T$ (ppm, met $\Delta T$ in ${}^{\circ}\mathrm{C}$). (a) Voorspel het koolstofdioxide voor de gemiddelde temperatuur van het Laatste Glaciale Maximum op Dome C, $-9.4{}^{\circ}\mathrm{C}$, en vergelijk met de gemeten $190\,\mathrm{ppm}$. (b) Voorspel het voor het warmste punt, $+5.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, en vergelijk met de hoogste gemeten waarde, $299\,\mathrm{ppm}$. (c) Gebruik de lijn om de temperatuur op Dome C te schatten die bij $427\,\mathrm{ppm}$ zou horen, de waarde van 2025 op Mauna Loa. Waarom is dit laatste gebruik van de lijn niet gerechtvaardigd?

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.6.

(a) $266.6 + 7.83 \times (-9.4) \approx 266.6 - 73.6 = 193\,\mathrm{ppm}$: maar $3\,\mathrm{ppm}$ boven de gemeten $190\,\mathrm{ppm}$. (b) $266.6 + 7.83 \times 5.5 \approx 310\,\mathrm{ppm}$, $11\,\mathrm{ppm}$ boven de hoogste gemeten waarde: het warmste punt ligt onder de lijn. (c) $\Delta T = (427 - 266.6)/7.83 \approx 20{}^{\circ}\mathrm{C}$. De lijn beschrijft alleen hoe de twee grootheden samen varieerden, in natuurlijke cycli, binnen het bereik van de gegevens ($-11{}^{\circ}\mathrm{C}$ tot $+6{}^{\circ}\mathrm{C}$, 174 tot $299\,\mathrm{ppm}$); ze is geen wet, en een waarde ver buiten dat bereik kan er niet uit worden afgelezen.

Oefening 27.7 ★★

Gebruik het pollendiagram van het meer in de Varden Hills. (a) Wat is het overheersende pollen op $580\,\mathrm{cm}$, en op welk landschap wijst het? (b) Dezelfde vraag op $340\,\mathrm{cm}$. (c) Welke boom breidt zich als eerste uit na de kou, en welke bomen komen het laatst? (d) Waarom kan de komst van een boom achterblijven bij de opwarming die haar mogelijk maakte?

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.7.

(a) Kruiden, $84\,\%$: een open landschap met bijna geen bomen, koud. (b) Eik ($42\,\%$) en hazelaar ($34\,\%$): een loofbos, met warme zomers. (c) De berk breidt zich als eerste uit, dan de den; hazelaar en eik komen het laatst. (d) Bomen breiden zich maar zo snel uit als hun zaden reizen en hun jonge bomen groeien, vanaf de plaatsen waar ze de kou overleefden; er moet ook een bodem ontstaan. Het bos kan achterblijven bij het klimaat.

Oefening 27.8 ★★

In dezelfde kern is de modder op $600\,\mathrm{cm}$ $14\,000$ jaar oud en die op $300\,\mathrm{cm}$ $6000$ jaar oud, met een constante afzettingssnelheid. (a) Bereken deze snelheid in millimeter per jaar. (b) Bepaal de ouderdom van de grens tussen zone 2 en 3, op $470\,\mathrm{cm}$. (c) Hoeveel jaar stelt een plakje van $1\,\mathrm{cm}$ dik voor?

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.8.

(a) $300\,\mathrm{cm}$, dat is $3000\,\mathrm{mm}$, in $8000$ jaar: $3000/8000 = 0.375\,\mathrm{mm}$ per jaar. (b) $6000 + (470 - 300)/300 \times 8000 \approx 6000 + 4530 \approx 10\,500$ jaar. (c) $10/0.375 \approx 27$ jaar.

Oefening 27.9 ★★

Op de kaart van Zuidoost-Azië groeit het land boven de zee van 4.11 tot 7.16 miljoen vierkante kilometer wanneer de zee met $130\,\mathrm{m}$ wordt verlaagd. (a) Bereken de winst en haar percentage. (b) Op de kaart is een daling van ongeveer $36\,\mathrm{m}$ genoeg om Borneo met Azië te verbinden. Was het eiland gedurende het hele Laatste Glaciale Maximum verbonden? Leg uit. (c) Waarom is de kustlijn van de kaart maar bij benadering?

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.9.

(a) $7.16 - 4.11 = 3.05$ miljoen vierkante kilometer, en $3.05/4.11 \approx 74\,\%$ meer land. (b) Ja: tijdens het Laatste Glaciale Maximum stond de zee 125 tot $134\,\mathrm{m}$ lager dan vandaag, veel meer dan de $36\,\mathrm{m}$ die op de kaart Borneo met Azië verbinden. (c) De kaart gebruikt de zeebodem van vandaag, die sindsdien niet precies dezelfde is gebleven (er zijn sedimenten op afgezet, en de grond is een beetje bewogen); het rooster is ook grof, één punt om de 0.1 graad, en het laagste zeeniveau is maar tot op ongeveer tien meter bekend.

Oefening 27.10 ★★

In de reeks LR04 is de waarde tijdens het Laatste Glaciale Maximum $4.92\,\text{‰}$ en die van vandaag $3.23\,\text{‰}$. (a) Welke is de hoogste, en verwacht je dat? Leg uit met de ijskappen. (b) Waarom is de verticale as van de reeks omgekeerd getekend?

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.10.

(a) De waarde van het Laatste Glaciale Maximum, $4.92\,\text{‰}$, is de hoogste. Dat is te verwachten: de grote ijskappen van toen sloegen water op dat arm was aan zuurstof-18, waardoor de oceaan, en de schelpen die erin groeiden, rijker werden aan zuurstof-18; het diepe water was ook kouder. (b) Zodat koude, ijsrijke tijden laag liggen en warme tijden hoog, zoals op een temperatuurkromme.

Oefening 27.11 ★★

Een vriend zegt: “De correlatie van 0.92 tussen de Antarctische temperatuur en het koolstofdioxide bewijst dat koolstofdioxide de ijstijden stuurde.” (a) Wat toont een correlatie, en wat toont ze niet? (b) Geef twee andere verklaringen die dezelfde correlatie zouden geven. (c) Wat voor informatie over de twee reeksen zou helpen om te beslissen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.11.

(a) Een correlatie toont dat de twee reeksen samen stijgen en dalen, dicht bij een rechte; ze toont niet welke welke veroorzaakte, en ook niet dat een van beide dat deed. (b) Een warmer klimaat kan koolstofdioxide in de lucht hebben vrijgemaakt; of een derde oorzaak, zoals de veranderingen van de baan van de Aarde, kan beide hebben bewogen; of elk kan het andere hebben aangeduwd. (c) De timing van de veranderingen, welke eerst kwam, uit een nauwkeurige datering van het ijs en van zijn lucht; en inzicht in hoe koolstofdioxide op de straling van de Aarde inwerkt (Hoofdstuk 28).

Oefening 27.12 ★★★

De sterkste periode van de reeks LR04 is $41\,000$ jaar tussen 2.6 en 1.3 miljoen jaar geleden, en $98\,500$ jaar over de laatste $700\,000$ jaar. (a) Hoeveel cycli bevat elk venster? (b) Welke verandering van de baan of de as van de Aarde past bij elke periode? (c) Leg uit waarom een reeks met één monster om de $2000$ jaar deze ritmes kan tonen, maar geen verandering die een eeuw duurde.

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.12.

(a) $1\,300\,000/41\,000 \approx 32$ cycli tussen 2.6 en 1.3 miljoen jaar geleden; $700\,000/98\,500 \approx 7$ cycli over de laatste $700\,000$ jaar. (b) $41\,000$ jaar: de helling van de as; ongeveer $100\,000$ jaar: de vorm van de baan. (c) Een cyclus van $41\,000$ jaar wordt ongeveer $41\,000/2000 \approx 20$ keer bemonsterd, genoeg om hem te tekenen; een verandering die een eeuw duurt, valt tussen twee monsters, of binnen één, en laat bijna geen spoor na.

Oefening 27.13 ★★★

De stijgsnelheid van het koolstofdioxide was 192 tot $198\,\mathrm{ppm}$ per eeuw in 1995–2014. Tijdens het Paleoceen-Eoceen Thermisch Maximum was ze 4 tot $42\,\mathrm{ppm}$ per eeuw, en tijdens de laatste deglaciale overgang hoogstens ongeveer $10\,\mathrm{ppm}$ per eeuw. (a) Hoeveel keer sneller was de recente stijging dan de snelste stijging van de laatste deglaciatie? (b) Dan de traagste en de snelste schatting voor het PETM? (c) De stijging van het PETM ging van ongeveer 900 tot ongeveer $2000\,\mathrm{ppm}$. Hoe lang zou ze hebben geduurd bij $42\,\mathrm{ppm}$ per eeuw, en bij de snelheid van vandaag?

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.13.

(a) $192/10 \approx 19$ en $198/10 \approx 20$: ongeveer 20 keer sneller. (b) Tegenover $4\,\mathrm{ppm}$ per eeuw: $192/4 = 48$ tot $198/4 \approx 50$ keer; tegenover $42\,\mathrm{ppm}$: $192/42 \approx 4.6$ tot $198/42 \approx 4.7$ keer. De stijging van vandaag is ongeveer 5 tot 50 keer sneller dan die van het PETM. (c) De stijging is $2000 - 900 = 1100\,\mathrm{ppm}$: $1100/42 \approx 26$ eeuwen, ongeveer $2600$ jaar bij de snelste snelheid van het PETM; $1100/195 \approx 5.6$ eeuwen, minder dan 600 jaar, bij de snelheid van vandaag.

Oefening 27.14 ★★★

Het IPCC schat dat de mondiale temperatuur met 1 tot $1.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ per duizend jaar steeg in het snelste deel van de laatste deglaciatie, en dat ze boven Groenland ongeveer tien keer sneller steeg in de eeuwen van de snelste opwarming. (a) Geef de snelheid voor Groenland in ${}^{\circ}\mathrm{C}$ per duizend jaar en per decennium. (b) Vergelijk ze met de huidige mondiale snelheid van $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per decennium. (c) Waarom mag een plaatselijke snelheid niet rechtstreeks met een mondiale worden vergeleken?

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.14.

(a) Tien keer 1 tot $1.5{}^{\circ}\mathrm{C}$: 10 tot $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ per duizend jaar, dat is 0.10 tot $0.15{}^{\circ}\mathrm{C}$ per decennium. (b) De mondiale snelheid van vandaag, $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per decennium, is 1.3 tot 2 keer de snelste opwarming boven Groenland. (c) Eén plaats kan veel meer veranderen dan het gemiddelde over de aardbol, waar de veranderingen van verschillende streken elkaar deels opheffen: een mondiale snelheid wordt vergeleken met een mondiale snelheid.

Oefening 27.15 ★★★

De zeespiegel stond $11\,000$ jaar geleden op ongeveer $-50\,\mathrm{m}$; neem aan dat hij daarna met een constante $12\,\mathrm{m}$ per duizend jaar steeg, de gemiddelde snelheid van de voornaamste deglaciatie. (a) Wanneer passeerde hij $-36\,\mathrm{m}$, het niveau dat Borneo op de kaart met Azië verbindt? (b) Kon iemand na dat moment van Borneo naar het Maleisisch Schiereiland lopen? (c) Hoe lang zou de zee erover doen om de laatste $36\,\mathrm{m}$ te stijgen, als ze met dezelfde snelheid was doorgegaan?

Oplossing

Oplossing van Oefening 27.15.

(a) $14\,\mathrm{m}$ aan $12\,\mathrm{m}$ per duizend jaar duurt $14/12 \approx 1.17$ duizend jaar, ongeveer $1170$ jaar: ongeveer $9800$ jaar geleden. (b) Nee: de zee moest minstens $36\,\mathrm{m}$ lager blijven dan vandaag om Borneo met Azië te verbinden; zodra ze $-36\,\mathrm{m}$ passeerde, liep de landbrug onder, en was Borneo weer een eiland. (c) $36/12 = 3$ duizend jaar, ongeveer $3000$ jaar; in werkelijkheid vertraagde de stijging na ongeveer $8200$ jaar geleden, dus duurde het langer.

Probleem 27.1

Weekendprobleem — 800 000 jaar Antarctisch ijs

Het ijs van Dome C en de lucht in zijn belletjes geven de volgende waarden. De temperatuur is de verandering boven het ijs ten opzichte van de laatste duizend jaar.

tijdstip (jaar geleden)	temperatuurverandering (${}^{\circ}\mathrm{C}$)	koolstofdioxide (ppm)
koudste waarde, ongeveer $24\,000$	$-10.6$	—
warmste waarde, ongeveer $129\,000$	$+5.5$	—
laagste en hoogste koolstofdioxide	—	174 en 299
gemiddelde, $23\,000$ tot $19\,000$	$-9.4$	190
gemiddelde, $11\,000$ tot $9000$	$-0.4$	264

De sterkste periode van de temperatuurreeks is ongeveer $98\,000$ jaar, en de 1639 paren waarden geven een correlatiecoëfficiënt van 0.92.

Deel I — De twee reeksen lezen.

1. Welk deel van het ijs legt de temperatuur vast, en welk het koolstofdioxide?
2. Bereken het volledige bereik van de temperatuurverandering op Dome C.
3. Bereken het volledige bereik van het koolstofdioxide.
4. Wat zegt een correlatiecoëfficiënt van 0.92 over de twee reeksen?
5. In de figuur met de tijdas in het hoofdstuk staat vandaag rechts. Waarom moet je controleren in welke richting de tijd loopt voordat je zo’n figuur leest?

Deel II — Glaciale en interglaciale waarden.

6. Definieer een glaciaal en een interglaciaal.
7. In welk van de twee leven we, en sinds wanneer?
8. Hoeveel cycli van $98\,000$ jaar passen er in $800\,000$ jaar?
9. Welke verandering van de baan van de Aarde heeft een periode dicht bij $100\,000$ jaar?
10. Wat was vóór ongeveer 1.25 miljoen jaar geleden het voornaamste ritme van de glaciale cycli?

Deel III — De laatste deglaciatie.

11. Hoeveel steeg de temperatuur boven Dome C tussen het Laatste Glaciale Maximum en $11\,000$ tot $9000$ jaar geleden?
12. Hoeveel steeg het koolstofdioxide over hetzelfde tijdvak?
13. De mondiale temperatuur van het Laatste Glaciale Maximum lag 5 tot $7{}^{\circ}\mathrm{C}$ onder die van 1850–1900. Neem het midden van dit bereik. Is de verandering in Antarctica groter of kleiner?
14. De laatste deglaciale overgang duurde van $18\,000$ tot $11\,000$ jaar geleden. Hoe lang is dat?
15. Bereken de gemiddelde snelheid van de mondiale opwarming over de overgang, in ${}^{\circ}\mathrm{C}$ per duizend jaar.
16. Druk deze snelheid uit in ${}^{\circ}\mathrm{C}$ per decennium.

Deel IV — De snelheid van vandaag vergeleken.

17. Van 1970 tot 2025 steeg de mondiale temperatuur met $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per decennium. Druk deze snelheid uit per duizend jaar.
18. Hoeveel keer sneller is de opwarming van vandaag dan de gemiddelde opwarming van de laatste deglaciatie?
19. In het snelste deel van de deglaciatie steeg de mondiale temperatuur met 1 tot $1.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ per duizend jaar. Hoeveel keer sneller is de snelheid van vandaag dan deze?
20. Besluit: hoeveel keer sneller dan de opwarming uit de laatste ijstijd is de mondiale opwarming van vandaag?

Oplossing

Oplossing van Probleem 27.1.

1. Het ijs zelf legt via zijn zware isotopen de temperatuur vast; de lucht in zijn belletjes legt het koolstofdioxide vast.

2. $5.5 - (-10.6) = 16.1{}^{\circ}\mathrm{C}$.

3. $299 - 174 = 125\,\mathrm{ppm}$.

4. De punten liggen dicht bij een rechte: de twee reeksen stegen en daalden samen. Hij zegt niet welke welke veroorzaakte.

5. Reeksen uit het verleden worden getekend met de oudste tijden aan de ene of de andere kant; verkeerd om gelezen, zou een opwarming voor een afkoeling worden gehouden.

6. Een glaciaal is een koud tijdvak binnen een ijstijd, waarin de ijskappen ver boven hun huidige omvang uitgroeien; een interglaciaal is een warm tijdvak tussen twee glacialen, met ijskappen ongeveer zoals vandaag of kleiner.

7. In een interglaciaal, dat ongeveer $11\,000$ jaar geleden begon.

8. $800\,000/98\,000 \approx 8$: ongeveer acht cycli.

9. De vorm van de baan.

10. Een ritme van $41\,000$ jaar, de periode van de helling van de as.

11. $-0.4 - (-9.4) = 9.0{}^{\circ}\mathrm{C}$.

12. $264 - 190 = 74\,\mathrm{ppm}$.

13. $6{}^{\circ}\mathrm{C}$; de verandering in Antarctica, $9.0{}^{\circ}\mathrm{C}$, is groter, ongeveer 1.5 keer de mondiale.

14. $18\,000 - 11\,000 = 7000$ jaar.

15. $6/7 \approx 0.86{}^{\circ}\mathrm{C}$ per duizend jaar.

16. Duizend jaar is honderd decennia: $0.86/100 \approx 0.0086{}^{\circ}\mathrm{C}$ per decennium.

17. $0.20 \times 100 = 20{}^{\circ}\mathrm{C}$ per duizend jaar.

18. $20/0.86 \approx 23$ keer.

19. $20/1.5 \approx 13$ en $20/1 = 20$: 13 tot 20 keer.

20. De mondiale opwarming van vandaag is ongeveer twintig keer sneller dan de opwarming uit de laatste ijstijd: 23 keer haar gemiddelde snelheid, 13 tot 20 keer haar snelste.